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En este artículo discutiremos sobre: – 1. Significado del Trabajo en frío 2. Efectos del Trabajo en frío 3. Limitacion.
Significado de trabajo en frío:
Se dice que el metal se trabaja en frío si se procesa mecánicamente por debajo de la temperatura de recristalización del metal. La mayoría de los procesos de trabajo en frío se realizan a temperatura ambiente. El trabajo en caliente generalmente resulta en el refinamiento de la estructura del grano, mientras que el trabajo en frío simplemente distorsiona los granos y hace poco para reducir su tamaño.
Como se evita el manejo de material calentado y el uso de pozos de remojo y hornos en el trabajo en frío, se produce una producción más rápida. En el trabajo en frío, la deformación de los metales se produce por el proceso de deslizamiento de los planos. También la fuerza requerida para el trabajo en frío es mayor que la fuerza requerida para el trabajo en caliente de metales, porque en el trabajo en frío los metales no se deforman permanentemente hasta que se excede el límite elástico.
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Como no hay recristalización de granos, no se produce la recuperación de granos distorsionados y en el posterior trabajo en frío, se experimenta una resistencia cada vez mayor a la acción de deformación. Esto se traduce en una mayor resistencia y dureza del metal, lo que permite el uso de acero al carbono liso en lugar de costosos aceros aleados. Este método de endurecimiento se conoce como endurecimiento por trabajo o endurecimiento por deformación.
Para ciertos metales que no responden al tratamiento térmico, este es el único método disponible para fortalecer el material, mientras que en otros metales, el trabajo adicional solo es posible después de que se recocida para eliminar la dureza y las tensiones residuales, ya que de lo contrario se necesitaría una gran fuerza para trabajar el metal aún más. La forja en frío se traduce en un ahorro considerable en los costes de materiales, ya que todo el material se utiliza en el componente terminado. No hay producción de virutas como en el corte de metales.
El trabajo en frío produce un acabado superficial mejorado, una superficie brillante y sin incrustaciones y tolerancias dimensionales más cercanas. Los procesos de trabajo en frío se utilizan generalmente en la fabricación de productos de uso final debido a su economía en la producción de las formas deseadas. También se utiliza para producir tensión residual en ciertos metales con el fin de mejorar la vida útil de la fatiga, por ejemplo, mediante granallado en el caso de resortes de hojas.
Una gran proporción de acero laminado en caliente se lamina posteriormente en frío en tiras o láminas a partir de las cuales se fabrican multitud de piezas prensadas. La escala de acero laminado en caliente se elimina sumergiéndola en ácido sulfúrico diluido (decapado).
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La mayor parte (90-95%) del trabajo mecánico de deformación en el conformado de metales se convierte en calor y resulta en aumento de temperatura. El aumento de temperatura podría ser del orden de 75°C para el aluminio, 280°C para el acero y 570°C para el titanio. Se puede determinar dividiendo el trabajo de deformación plástica por unidad de volumen por el producto de la densidad y el calor específico de la pieza de trabajo, y el equivalente mecánico de calor (J).
Efectos del trabajo en frío:
Los efectos del trabajo en frío sobre los metales se resumen a continuación:
(i) La estructura del grano está distorsionada y la resistencia al trabajo sigue aumentando debido a la distorsión de la red.
ii) Se establecen tensiones residuales en el metal que queda, a menos que se eliminen mediante tratamiento térmico posterior. Cuando el recalentamiento se realiza por debajo de la temperatura de cristalización, las tensiones residuales se eliminan sin cambios apreciables en las propiedades físicas de la estructura del grano. El calentamiento adicional en el rango de recristalización elimina el efecto del trabajo en frío y restaura el metal a su estado original.
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(iii) El trabajo en frío produce pérdida de ductilidad y aumento de la resistencia y dureza del metal.
(iv) Se mejora el acabado de la superficie y se pueden mantener tolerancias estrechas.
(v) Se eleva la temperatura de recristalización del acero.
Limitaciones del trabajo en frío:
(i) Solo los componentes de pequeño tamaño se pueden trabajar fácilmente en frío, ya que se requieren mayores fuerzas para secciones grandes. Las secciones de más de 25 mm de diámetro, rara vez se podía rodar. Debido a las grandes fuerzas de deformación, se requieren equipos de capital pesados y costosos.
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(ii) La estructura del grano no está refinada y las tensiones residuales tienen efectos nocivos sobre ciertas propiedades de los metales.
(iii) Muchos de los metales que tienen menos ductilidad, por ejemplo, el acero al carbono y ciertos aceros aleados no se pueden trabajar en frío a temperatura ambiente. Por lo tanto, se limita a metales dúctiles y la gama de formas producidas no es tan amplia como se puede obtener mediante mecanizado.
(iv) Los costos de herramientas son altos y, como tal, se utilizan cuando se requieren grandes cantidades de componentes similares.
Los metales que pueden trabajarse adecuadamente en frío en forma de hojas u otras formas se dan a continuación:
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(i) Acero dulce de bajo contenido de carbono.
ii) Cobre y sus aleaciones, incluidos el latón y el bronce.
iii) Bronce de aluminio con un contenido de aluminio inferior al 7%.
iv) Latones de níquel.
(v) Monel de metal.
(vi) Acero inoxidable.
(vii) Duraluminio y varias otras aleaciones de aluminio.
Efecto de la fricción:
(a) La fricción aumenta la carga de trabajo y, por lo tanto, se requiere más fuerza y energía en la conformación y formación del material.
(b) Causa un desgaste rápido de matrices, rollos y otras herramientas de trabajo.
c) Resulta en una modificación del patrón de deformación del metal porque la fuerza de fricción superpuesta a la fuerza de deformación cambia la dirección de la dirección de la tensión principal, que es el factor decisivo para determinar la orientación de los planos atómicos a lo largo de los cuales se produce el deslizamiento.
(d) Dado que la fuerza de fricción se produce solo en la superficie y no en todo el espesor del metal, introduce una falta de homogeneidad microscópica que resulta en micro grietas en la superficie y productos más débiles con menor resistencia a la fatiga.
(e) Da como resultado un mal acabado de la superficie y la acumulación de bordes.